基于人像识别的电梯智能群控技术研究*

□ 王卫东 □ 季启明 □ 王东华

1.浙江工业职业技术学院 浙江绍兴 312000 2.浙江埃克森电梯有限公司 浙江绍兴 312071

1 研究背景

目前,我国已经成为全球电梯保有量最多的国家。随着高层建筑的快速发展,电梯的使用已越来越频繁。由于高层建筑内人员密集,传统电梯群控管理评价方式较单一,易产生乘客滞留及无效停靠等诸多问题,给乘客的出行带来不便。因此,高层建筑内电梯智能群控管理显得尤为重要。电梯智能群控管理将安装在同幢建筑内相邻或者距离较近的几部电梯集中起来进行统一调度管理,形成由多电梯组成的电梯组集中调度的电梯群控运行模式。随着第五代移动通信技术、工程结构技术、人工智能技术、图像识别与处理技术的不断发展,优化电梯群控管理系统,改善当前电梯群控系统存在的弊端,提高电梯的服务质量,可以通过多种途径实现。笔者通过分析动态人像识别技术在电梯群控中的应用,对建筑物内人员的出行规律和出行目的地进行统计与分析,在此基础上,得出建筑物内电梯群控管理系统服务区域内乘客的出行特点,通过优化电梯群控算法,结合图像识别技术,对电梯群控策略进行调整,使电梯的管理和维护趋向于科学化、标准化、自动化,并有效减少乘客的乘梯、候梯时间,提高乘客的出行舒适度。

2 动态人像识别数据采集方法

动态人像识别系统采用基于人像实时特征信息识别目标信息的方式,进行数据采集。在进行数据采集时,应用红外触发录像方式。当乘客经过候梯厅或轿厢内摄像监控区域时,触发红外对射传感器,识别系统启动关联摄像机,开始进行数据采集。红外视觉检测系统通过图像传感器对被测目标对象进行图像采集之后,将采集信息传输至识别服务器。因为分布在不同楼层的乘客处于动态的运动图像序列,所以系统采用隐马尔科夫模型作为分类器有效识别人像信息,动态数据识别技术利用图像处理、模式识别等方法,实现对视野内目标的识别。系统根据事先制定的算法,进行分析与统计。

动态人像数据采集与处理系统根据图像的像素分布、亮度等信息进行运算,获得被测目标的特征量。对出入候梯厅与轿厢内人员的人数进行统计,根据对特征量的判断得到所需结果,最终将图像处理系统得出的结果作为输出信号,来控制电梯动作。也可以利用识别系统监控诊断电梯运行中的故障和问题,全面实时监控电梯运行状况,即对电梯运行状态实现远程实时监控。识别系统可与社区监控系统进行联网,形成联防联控机制,对电梯出现的各种问题采取有效手段,及时进行分析和处理。系统对电梯轿厢内外状态进行智能监控,实现人像检测与识别、电梯轿厢内外乘客人数的统计与分析、电梯运行状态的实时监控等,使电梯在服务过程中更加高效和安全。动态人像数据采集与处理流程如图1所示。

图1 动态人像数据采集与处理流程

3 电梯群控算法

随着电梯群控技术的不断发展,涌现出了多种控制算法,如最短等待时间算法、生物学算法、分区调度算法、目的层预约算法、遗传算法等。最短等待时间算法在运行过程中仅比较乘客的等待时间,仅以乘客的候梯时间作为控制目标,将乘客搭乘电梯的时间缩短作为目标,缩短特定环境下的乘客运输时间,达到电梯群控目的。分区调度算法依据建筑物内客流量、出行规律、人口密度分布、电梯所处位置、运行方向、负载情况等信息,通过固定或动态分区来调配电梯,完成轿厢分配,达到分区调度的目的。

电梯群控算法在实际应用时各有利弊,各种算法往往专注于某一性能指标,使某一性能指标在电梯的运行中得以提升,于是在多个评价指标之间,往往会存在矛盾。因此,综合各项性能指标,才能优化电梯群控系统的性能,实现更优的效果。

目前,学校、医院、大型商场、办公楼等建筑内安装电梯的台套数相对较多,同一幢大楼因作息时间或者天气状况等原因,客流模式方面存在一定差异,因此电梯群控系统很难通过数学公式建立完整的系统模型,此时需要通过对建筑物内电梯的运行规律进行监测与分析,从而制定群控方案。以办公楼建筑物内电梯为研究对象,进行电梯群控方案设计。由于每个办公人员会遵循工作制度,交通流变化具有规律性,因此每天的上下班时间和休息活动轨迹基本一致。根据不同时间段乘客的需求调整电梯运行模式,使乘客乘坐电梯更加方便,缩短电梯响应呼叫的时间。根据办公楼建筑内电梯实际环境,结合对候梯厅和轿厢内部情况进行监测与判断,采取最短等待时间与分区调度算法,并与人像识别相结合,形成智能电梯群控调度方案,缩短特定环境下的乘客运输与等待时间。电梯群控方案算法流程如图2所示。

图2 电梯群控方案算法流程

4 智能电梯系统控制方案

在当前大数据时代背景下,应用统计学进行数据统计和收集,对办公楼建筑区域内人员的出行规律和出行目的地进行统计分析。通过统计分析,得出办公建筑内主要分为五种交通模式,分别为上班时间的上行高峰模式、下班时间的下行高峰模式、工作时间人流随机移动的层间交通模式、午餐时间的就餐交通模式、休息期间无人工作的空闲模式。在各交通模式下,对候梯乘客进行人像检测,以确定候梯人数。根据候梯人数分析当前的交通模式,包括轿厢内外的乘梯与候梯人数统计。对乘梯与候梯乘客的不同乘梯需求进行统计后,确定当前上、下行乘客的人数。通过人像识别系统对电梯轿厢状态进行智能监控,从而动态调整电梯的运行状况。根据出行规律及轿厢内外乘梯人数的统计,从时间、能耗角度考虑,以缩短乘客乘梯出行时间和降低系统能耗为主要目的,在电梯群控中设置一部电梯为优先电梯,其余电梯为从属电梯,利用系统采集到的候梯厅与轿厢内客流量信息,达到优化电梯群派梯策略。例如,电梯运行至某一楼层,且该楼层候梯厅内呼叫为有效呼叫,但是图像处理结果显示电梯轿厢内为满载时,电梯在该层不停站,呼叫不清除,继续按原方向向有有效呼叫的楼层运行。

办公楼建筑区域内出行规律与目的地在固定时间段内较为集中,可采用分时段、分区域的控制方式。针对上班时间的上行高峰模式,电梯停于目标层一层,便于一层上班人员乘梯。在此模式下,可以设置没有电梯呼叫时,电梯轿厢返回到一层或者更低的楼层,这样可以节省电梯响应呼叫的时间。对于下班时间的下行高峰模式,大部分乘客会从建筑物内的不同楼层乘坐电梯前往一层,电梯在各层均匀分布,可及时响应不同楼层人员下班的需要。采用人像识别统计每个楼层下行的人数,下行乘客过多时,可以对于上行命令进行暂时延迟,将乘客送达低层后再去响应上行呼梯请求,最后及时将轿厢分配到建筑内的其它楼层待命。对于工作时间人流随机移动的层间交通模式,根据不同时间段乘客的需求调整运行,可以使乘客乘坐电梯更加方便,缩短一部分电梯响应呼叫的时间。对于午餐时间的就餐交通模式,可以根据需求分为两个时间段,分别响应下行高峰和上行高峰的需求,或者使电梯在空闲时段返回餐厅所在楼层。在休息期间无人工作的空闲模式下,可适当关闭一些电梯,减少能耗。

动态人像识别系统通过视频自动识别技术获取电梯轿厢门开关状态和轿箱内外的乘客人数,采用优先电梯与从属电梯结合的方式,考虑优先电梯与从属电梯的负载及顺带功能,实现优化派梯方案,达到提高电梯使用安全与稳定性的目的,保证候梯时间尽可能短。同时通过分区调度充分利用优先电梯的剩余空间及从属电梯的顺带功能响应,以较少的停靠次数运完乘客,减少电梯运行时总的启停次数,缩短平均候梯时间、乘梯时间,并且提高电梯的运行效率及乘客的乘梯体验。电梯运行状态响应流程如图3所示。

图3 电梯运行状态响应流程

5 结束语

笔者对基于人像识别的电梯智能群控技术进行研究。动态人像识别技术对候梯厅和轿厢内部情况进行检测与判断,电梯控制系统通过调用检测与判断结果来优化电梯的调度,将呼叫信号分配给加权时间最短所对应的电梯,这样能够保证在候梯时间尽量短的同时,充分利用电梯的剩余空间,以较少的停靠次数运完乘客,减少电梯运行时总的启停次数,从而避免空载及不必要的停站等无效调度,优化电梯的控制。因为电梯停靠一次消耗的时间通常比电梯平滑经过一层所消耗的时间要多,所以基于人像识别的智能电梯群控算法能间接缩短平均候梯时间、乘梯时间,提高电梯的运行效率及乘客的乘梯体验。